井下微地震監(jiān)測(cè)方法研究.pdf

1、微地震監(jiān)測(cè)是近年來(lái)一種主要用于油氣田開(kāi)發(fā)的新的地震方法。水力壓裂過(guò)程中巖石破裂產(chǎn)生的地震波信號(hào)可以被放置在井中或地表的檢波器接收。我們可以根據(jù)檢波器所接收到的信息進(jìn)行微地震事件定位，從而監(jiān)測(cè)裂縫的發(fā)育過(guò)程以及評(píng)估壓裂的效果。因此，微地震定位是微震監(jiān)測(cè)中非常重要的環(huán)節(jié)。井下單井監(jiān)測(cè)是最常見(jiàn)的微地震監(jiān)測(cè)方式，其特點(diǎn)是事件角度覆蓋較差，檢波器個(gè)數(shù)有限，信號(hào)質(zhì)量比地面監(jiān)測(cè)好等。在井下監(jiān)測(cè)時(shí)，由于壓裂井和監(jiān)測(cè)井之間的距離不是很遠(yuǎn)，因此我們可以使用

2、一維層狀速度模型來(lái)做震源定位。本文的主要研究?jī)?nèi)容是單井監(jiān)測(cè)的微地震震源定位方法研究以及聯(lián)合反演速度模型和震源位置，包括以下幾個(gè)研究部分:
　　1.微震事件相對(duì)定位方法
　　雙差定位方法(DD)被廣泛應(yīng)用于檢波器分布在地表的天然地震事件群的重定位中。近年來(lái)，這種方法也被用在多井監(jiān)測(cè)的水力壓裂過(guò)程中的產(chǎn)生的微地震事件定位。通過(guò)理論分析，雙差算法同時(shí)包含相對(duì)位置信息和絕對(duì)位置信息。但是決定絕對(duì)位置信息的系數(shù)在量級(jí)上比相對(duì)位置小很多

3、。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)有拾取誤差時(shí)，雙差算法只能反演出相對(duì)位置，而絕對(duì)位置將依賴于初始位置的質(zhì)心。雙差算法中使用了事件對(duì)相同震相的走時(shí)差，我們提出了一種交叉雙差的定位方法(CDD)，利用事件對(duì)的不同震相的走時(shí)差信息（即一個(gè)事件的P波和另一個(gè)事件的S波走時(shí)差）。相比于雙差算法，交叉雙差算法增加了絕對(duì)位置信息的同時(shí)保存了相對(duì)位置信息，因此可以同時(shí)反演出相對(duì)和絕對(duì)位置。我們使用理論數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)論證了交叉雙差方法可以為微震事件群提供合理的相對(duì)和絕對(duì)位

4、置。
　　2.基于偏移方法的微震事件定位
　　基于偏移的微地震定位方法由于其可以避免走時(shí)拾取誤差以及可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化定位等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。這種方法沿著走時(shí)曲線對(duì)接收到的波形信息進(jìn)行疊加，計(jì)算效率高。微震事件的波形極性影響著定位結(jié)果的精度，本文中我們用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)預(yù)測(cè)波形的極性。首先，用已知極性的理論和實(shí)際波形作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，然后用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取波形和極性之間的關(guān)系，最后用得到的模型預(yù)測(cè)其他波形的極性。理論和實(shí)際數(shù)據(jù)的結(jié)果表明

5、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有很好的預(yù)測(cè)波形極性的能力。傳統(tǒng)的偏移定位方法需要搜索發(fā)震時(shí)刻，震源位置就是所有搜索的時(shí)間剖面中疊加能量的最大值。為了避免搜索發(fā)震時(shí)刻，我們還討論了用波形自相關(guān)和互相關(guān)方法分別求取的S-P到時(shí)差和檢波器之間的到時(shí)差作為核函數(shù)的偏移定位方法。結(jié)果表明這種方法省去了搜索發(fā)震時(shí)刻，但是在信噪比較差時(shí)的定位結(jié)果精度比傳統(tǒng)方法低。
　　3.震源參數(shù)和速度模型聯(lián)合反演
　　影響定位效果的主要因素是速度模型，而地下構(gòu)造是未知的

6、。一般的做法是首先從聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)中提取一維速度模型，然后用已知震源位置的射孔事件來(lái)進(jìn)行模型校正，但是這種方法只能更新射孔事件射線覆蓋區(qū)域之內(nèi)的速度模型。而有些事件可能發(fā)生在這些區(qū)域之外。速度位置聯(lián)合反演方法可以同時(shí)得到所有微震事件分布區(qū)域的速度模型以及震源位置。由于速度和位置之間的耦合以及單井監(jiān)測(cè)時(shí)事件角度覆蓋少，反演結(jié)果不穩(wěn)定。所以我們同時(shí)使用微震事件和射孔事件進(jìn)行聯(lián)合反演，其中微震事件用來(lái)同時(shí)更新速度模型和震源參數(shù)，而射孔事件只用來(lái)

7、約束速度模型。這里使用交叉雙差算法，從而可以得到較好的相對(duì)和絕對(duì)位置。
　　4.多參數(shù)反演方法的研究
　　在地球物理問(wèn)題中，速度模型和震源位置之間是耦合在一起的。由于數(shù)據(jù)對(duì)不同的參數(shù)的敏感度不同，敏感度矩陣的數(shù)值存在不同的量級(jí)，從而導(dǎo)致整個(gè)反演問(wèn)題是病態(tài)的?；诰挛⒄鸨O(jiān)測(cè)系統(tǒng)，我們用理論測(cè)試討論了幾種同時(shí)更新一維速度模型和震源位置的方法，它們包括:(1)同時(shí)反演速度模型和震源位置;(2)交互更新速度模型和震源位置;(3)聯(lián)

8、合鄰近算法和網(wǎng)格搜索方法來(lái)更新速度模型和震源位置。研究表明由于速度和位置之間的耦合以及震源-檢波器分布的限制，導(dǎo)致同時(shí)反演方法問(wèn)題是病態(tài)的，因此一個(gè)好的初始模型對(duì)同時(shí)反演方法非常重要。而交互更新方法將速度模型和震源位置單獨(dú)反演，穩(wěn)定性比同時(shí)反演好，但是只能得到一個(gè)近似解。只有聯(lián)合鄰近算法和網(wǎng)格搜索方法不依賴于初始模型，能夠得到一個(gè)穩(wěn)定的解。但是計(jì)算量隨著參數(shù)的增加而遞增。經(jīng)過(guò)以上的測(cè)試結(jié)果，我們提出一種新的反演流程將方法(1)和方法(2